Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học

• Tác giả: Lê Cao Khải
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Văn Tuyên
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ của luận án
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.4.1. Giai đoạn xử lý NRR bằng EC
• 1.4.2. Giai đoạn xử lý NRR bằng BF sau quá trình EC
• 1.5. Những đóng góp mới của luận án về khoa học và công nghệ
• 1.6. Kết quả và ý nghĩa thực tiễn của luận án
• 1.7. Những nội dung chính trong luận án được bảo vệ
• 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC
• 2.1. Đặc điểm, thành phần của nước rỉ rác
• 2.2. Các thành phần cân bằng nước trong bãi chôn lấp
• 2.3. Thành phần của NRR thay đổi trong ô chôn lấp theo 5 giai đoạn
• 2.3.1. Giai đoạn thích nghi
• 2.3.2. Giai đoạn chuyển tiếp
• 2.3.3. Giai đoạn axit
• 2.3.4. Giai đoạn lên men metan
• 2.3.5. Giai đoạn chín
• 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp phân tích chất lượng nước thải
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp thực nghiệm keo tụ điện hóa
• 3.3.2. Phương pháp thực nghiệm lọc sinh học
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa
• 4.1.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt
• 4.1.2. Ảnh hưởng pH đầu vào của nước rỉ rác đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt
• 4.1.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực sắt đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
• 4.1.4. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm
• 4.2. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng quá trình lọc sinh học
• 4.2.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu bằng quá trình BF
• 4.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu của quá trình lọc sinh học
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nước rỉ rác

Nước rỉ rác (NRR) là chất lỏng ô nhiễm hình thành từ quá trình thấm qua các lớp rác trong bãi chôn lấp. NRR chứa các chất bẩn lơ lửng, keo hòa tan và các hợp chất hữu cơ phức tạp. Nguồn gốc của NRR bao gồm nước mưa, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ và nước ngầm. Thành phần của NRR thay đổi theo thời gian và giai đoạn phân hủy của bãi chôn lấp, bao gồm các giai đoạn thích nghi, chuyển tiếp, axit, lên men metan và chín. Mỗi giai đoạn có đặc điểm hóa học và sinh học riêng, ảnh hưởng đến tính chất của NRR.

1.1. Đặc điểm và thành phần của NRR

Nước rỉ rác có thành phần phức tạp, bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong NRR là COD, BOD, amoni, TSS và độ màu. Thành phần của NRR thay đổi theo độ tuổi của bãi chôn lấp, với các giai đoạn phân hủy khác nhau. Giai đoạn axit có giá trị BOD cao (>10000 mg/l), trong khi giai đoạn lên men metan có tỷ lệ BOD/COD thấp. NRR cũng chứa các ion kim loại nặng và hợp chất độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người.

1.2. Tác động của NRR đến môi trường

Nước rỉ rác có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm do chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm. NRR bốc mùi hôi, lan tỏa trong không khí và có thể ngấm vào đất, gây ô nhiễm đất và nguồn nước. Việc xử lý không triệt để NRR dẫn đến việc các chỉ tiêu ô nhiễm như COD và amoni vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây áp lực lên hệ thống xử lý nước thải và môi trường xung quanh.

II. Phương pháp keo tụ điện hóa EC

Keo tụ điện hóa (EC) là phương pháp xử lý nước thải sử dụng dòng điện để tạo ra các chất keo tụ từ điện cực kim loại. Quá trình này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm như COD, TSS, amoni và độ màu thông qua cơ chế keo tụ và lắng đọng. EC có ưu điểm là giảm thiểu sử dụng hóa chất, dễ dàng tự động hóa và hiệu quả trong việc xử lý các hợp chất khó phân hủy.

2.1. Cơ chế của quá trình EC

Quá trình keo tụ điện hóa diễn ra khi dòng điện đi qua điện cực kim loại (thường là sắt hoặc nhôm), tạo ra các ion kim loại. Các ion này phản ứng với nước để tạo thành hydroxit kim loại, có khả năng keo tụ và lắng đọng các chất ô nhiễm. Quá trình này cũng tạo ra các bọt khí giúp nâng các chất rắn lên bề mặt, tăng hiệu quả xử lý.

2.2. Ưu và nhược điểm của EC

Keo tụ điện hóa có ưu điểm là hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy, giảm thiểu sử dụng hóa chất và dễ dàng tự động hóa. Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn năng lượng và có thể tạo ra lượng bùn cặn lớn. Việc lựa chọn điện cực và điều kiện vận hành phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

III. Phương pháp lọc sinh học BF

Lọc sinh học (BF) là phương pháp xử lý nước thải sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình này hiệu quả trong việc loại bỏ COD, BOD, amoni và nitrat. BF thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác như EC để tăng hiệu quả xử lý tổng thể.

3.1. Cơ chế của quá trình BF

Quá trình lọc sinh học dựa trên hoạt động của vi sinh vật bám trên giá thể. Các vi sinh vật này phân hủy chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản hơn như CO2 và nước. Quá trình này cũng giúp loại bỏ nitơ thông qua quá trình nitrat hóa và khử nitrat.

3.2. Ưu và nhược điểm của BF

Lọc sinh học có ưu điểm là hiệu quả cao trong việc xử lý các chất hữu cơ và nitơ, chi phí vận hành thấp và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thời gian vận hành dài và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và pH.

IV. Kết hợp keo tụ điện hóa và lọc sinh học

Việc kết hợp keo tụ điện hóa (EC) và lọc sinh học (BF) mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước rỉ rác. EC giúp loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy và cải thiện tỷ lệ BOD/COD, trong khi BF xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và nitơ. Sự kết hợp này tối ưu hóa quá trình xử lý, đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường.

4.1. Hiệu quả của kết hợp EC và BF

Kết hợp EC và BF giúp tăng hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu. EC loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy và cải thiện tính chất nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho BF hoạt động hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt 73,77%, amoni đạt 98,88%, TSS đạt 83,34% và độ màu đạt 16,70%.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng trong thực tế để xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp. Phương pháp kết hợp EC và BF giúp giảm chi phí vận hành, tăng hiệu quả xử lý và đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường. Đây là giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề ô nhiễm do NRR gây ra.